专利名称：例如肉和蔬菜制品或农产品的食物、饲料和食物及饲料加工机械设备的消毒或灭菌方法 ...的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种对例如肉、蔬菜制品或农产品的食物、饲料或食物及饲料的加工机械设备进行消毒或灭菌的方法。
这样的方法已由丹麦专利申请No.1377/94公开了。
该已知方法的缺点是，其中所用的赋予水溶液氧化还原电势的雾状氧化物质或其溶液在严重的情况下可能因使表面成分如颜色或染料发生化学还原反应而造成机械部件腐蚀和表面氧化。此外，最好在除纯净水和热效应外不采用其它手段的某些地理区域中使用消毒方法。
本发明的目的是设计出一种没有已知方法的缺点的方法或上述方法的实施例。通过权利要求1特征部分所述的方法实现了此发明目的。
由于采用了本发明的方法，所以食物最终获得了消毒/灭菌，由此保护了人或动物不会出现病态反应、中毒和生病，同时减少或防止了上述腐蚀的侵袭。
权利要求2涉及本发明方法所用电势的优选最低水平。
权利要求3涉及用于形成在本发明方法中所用蒸汽的液体。
权利要求4涉及本发明方法所用蒸汽的生成温度的高低。
权利要求5涉及本发明方法所用电场的优选电势范围。
权利要求6涉及形成本发明方法所用蒸汽的溶液的一个例子。
权利要求7涉及形成本发明方法所用蒸汽的溶液的另一个例子。
本发明还包括一种设计用于实施本发明方法的工程设备。
权利要求8涉及这样的一套工程设备。
权利要求9涉及用于获得喷入本发明橱室中的蒸汽的理想喷射方式的装置。
权利要求10涉及赋予本发明设备所用蒸汽电势的装置。
以下将参见附图来更具体地描述本发明，其中
图1以框图示出了设计用于实施本发明方法的设备；图2是图1所示设备的示意平面图；图3示出了在显微镜中看到的细菌；图4示出了用于不同物品的消毒方法的曲线图；图5示出了表示消毒过程中的温度和处理时间与杀菌剂之间的关系的曲线；图6示出了经过计算的杀菌剂曲线和试验的杀菌剂曲线。
如图1所示，实施本发明方法的工程设备可包括以下部分1a-磁阀自来水入口；1b-自来水入口；2-自来水的去离子处理；3a-反渗透热处理；3b-出口；3c-渗透出口；3d-浓缩出口；4-淡化水的缓冲压力罐；5a-淡化水的缓冲罐2；5b-缓冲罐2的盖子；6a-监视器；6b-探测器；7-8-未用；9-内空气压缩机；10-蒸汽磁阀，压力泵ON；11a-过热蒸汽的蒸汽发生器；11b-蒸汽发生器的入口；11c-从蒸汽发生器到汽射器的出口；12a-汽射器；12b-蒸汽入口的启/闭；12c-用于产生环绕场的HV发生器的高电压；13-延时控制器；14-高电压发生装置；15-用于气缸上/下的磁阀；16a-双向气缸；16b-监视器底架，入口和水平控制；16c-底架的上/下运动；17a-将水输入缓冲罐2的磁阀；17b-水平计；17c-入水口支管；18-要消毒的物品或制品；19-由静态环绕场控制的蒸汽；20-未用；21-橱室；22～28-未用；29-外部压缩空气的入口；30～35-未用；36-接地；37-通风设备。
大多数的上述细菌感染是由微生物在食物、饲料物品的表面或在微生物可寄生的其它物质表面的生长而引发的。
设计用于实施本发明方法的设备包括一个控制室13和一个橱室21。在橱室21内，通过蒸汽使食物、饲料或其它物品在预定期间内承受高于50℃的表面温度，能够杀死微生物、病毒或细菌地选定上述蒸汽高温处理的时间及温度。
在暴露表面上的温度升高是在水蒸汽的影响下或在其它情况中是在其它适用液体的蒸汽的影响下获得的，蒸汽将以这样的方式冷凝在食物、饲料或其它物品的表面上，即将蒸汽从将蒸汽排给汽射器12a的蒸汽发生器11a引到表面。在汽射器中，使蒸汽穿过一个建立于可安装在汽射器中的电气接头和接地件18之间的电场。电场的电势将在很短的时间内把来自汽射器12a的蒸汽传到待消毒物品18的表面上并将确保冷凝蒸汽均匀散布在所述物品的表面上。
在本发明的方法中，将要消毒/灭菌的物品18接地并在这样的温度、电势和工作时间内对其进行处理，即所述温度、电势和工作时间在任何情况下都足以确保杀死病毒或细菌。可以通过要处理物品的移动速度、处理阶段、物品的转动或其它与时间有关的因素的帮助来控制时间，并通过蒸汽发生器的蒸汽出口温度来控制可获温度，本发明的蒸汽发生器可以是其温度接近水/液体的沸点的低压发生器，或者它是其温度高于水/液体的沸点的高压发生器。这样一来，蒸汽可以含有实现消毒/灭菌所需的热量，而且热量可以通过热传导或通过释放冷凝热而被传给物品表面，这种冷凝热量是水/液体蒸汽比热的许多倍。
静电势场是根据要处理物品的结构、形状和表面尺寸而设计成型和建立的，从而由冷凝蒸汽进行的热传递在物品表面上象所希望的那样变得均匀。以可以至少为1000V的电势给静电场充电，并且当与蒸汽发生器的出口有关地安装正/负充电电极时，将要处理物品接地，从而电场可以高速加速射到物品表面上的蒸汽而且没有明显减速、没有大量向周围空气传热地均匀散布它们。
势场的上限是由实际的理论工作场地、绝热条件、包括高压静电工作性能在内的其它物理条件决定的。
在本发明的方法中，水/液体的薄薄一层冷凝蒸汽形成于要处理物品的表面上，所述表面为此以计算深度被加热到计算温度。在根据本发明方法的处理后，温度将马上降低到根据比较高的物品热容而进行处理的物品的温度水平。冷凝蒸汽在物品表面上的热效应如此强烈，以致在所选期间内在所需温度下仅在很有限的计算深度加热实际表面。所选的热处理强度是根据可以杀死所有细菌和病毒的原则选择的，而物品表面的外观和结构不受热处理的影响。
蒸汽发生器11a的磁阀10控制着蒸汽的定量喷射。蒸汽发生器11a在从罐5a中通过管路11b吸入水/液体时产生了所需体积的蒸汽，所形成的蒸汽通过管路11c被引向汽射器12a。剩余的水/液体通过图中未示出的管路被送回罐5a。
通过管口或喷嘴(汽射器)12a按照所需的扇形或锥形或其它合适的几何形状喷射和发散蒸汽，并由阀12b来控制蒸汽的喷入量。通过12c赋予蒸汽喷雾/扇形蒸汽/蒸汽锥电势。电势场的形状是通过将电极放置在汽射器12a的内部、前面或旁边并同时将物品接地且还将该物品放在橱室内和/或通过传送过设备区域的某些部位或传送过在汽射器前面的环绕空间而设定的。
要处理物品的表面接收蒸汽冷凝产物，就预计处理期间、蒸汽温度和汽射器与物品之间的距离而言，冷凝物数量少，从而冷凝物将快速地从物品表面汽化，或者将通过通风装置37的干燥空气或热空气除去冷凝物。
与食品消毒或灭菌有关的物质传送的物理/数学调查结果列于表1中表1
<p>15mym水蒸汽(580kcal/kg)的冷凝液层的理论厚度将足以使物品表面温度升高97℃，所述表面的热容为0.9kcal/kg/℃。温度升高到液体沸点以上只能由过热蒸汽实现。
理论计算显示出了，物品表面上的蒸汽冷凝物的相对重量或冷凝物层的厚度直接与时间间隔、物品速度、蒸汽容量、分布面积、蒸汽温度(作为对在从汽射器传向物品时损失的热量的补偿的过热)、物品与汽射器之间的距离、电势场强度成比例。可以改变表面温度和蒸汽处理时间并将它们控制在适应于最终专门杀死或全部杀死微生物、细菌或病毒所需的消毒或灭菌强度的任何范围内。
试验1利用标准配置方案进行一个试验，因而可以改变所有参数。放入猪肉块并使其在可变速移动的传送带上接地。电势场可以至少从1kV起变化，而在100℃下从汽射器12a中喷出蒸汽喷雾。最初，蒸汽可以从汽射器中射出，但是在超过5000V的电势下，蒸汽云聚集，从而它随电势场的场线移动并快速移向处理物品并均匀地沉积在物品18的表面上。在每次试验中，对应于支承物品的传送带的某个速率地改变供给蒸汽发生器的热量和电势场强度，从而可以获得单位面积内同等数量的冷凝蒸汽/冷凝水。在第一系列的试验中，采用目测评估方法来评价表面不洒落地容纳冷凝液层的能力，但是，后一系列的试验是在受汽射器的喷流影响地经过橱室21之前和之后马上称重的情况下进行的，这是因为0.1mm的水层等于100g/m2或等于2000g/0.02m2，这可能是绝对必须要控制的。由此确实显示出向物品表面传热的试验是可以预计和控制的。
试验2由于所获温度是测量目标，所以试验1的配置方案再次被用于试验2。利用温度计来计量物品薄层上的温度在此情况(0.01mm～0.1mm)下是不可能的。因此，选用热红外线辐射测温计并采用一种其测量结果确实可信且其参数可重复地实施的方法。物品表面的升温随蒸汽量而定，在加热区内的蒸汽处理时间直接成比例地高达100℃～105℃，随后升高的温度又成比例地降低。对于所有实际的传送带速率、相应地受控的蒸汽量、电势场的场强以及蒸汽喷雾扩散到明显可以看到由电场传递蒸汽的波动或环绕的程度来说，情况确实如此。在第二试验中的电压接近90000V，值得注意的是，在电势场场强增大的情况下，从汽射器喷射蒸汽变得越发不明显，这是由于更快速的蒸汽离子传递、传递过程中的较小冷却和随后较少的冷凝造成的。在90℃～100℃的温度间隔内，传递作用的损失为理论值的20％～40％。
试验3对于该第三试验来说，事先预定某些参数以确保可以确定在某些温度下、在某个期间内对某些特定细菌品种的杀菌效果。本发明的目的是应该对某些类型的细菌获得消毒和灭菌的效果，但是考虑到这些概念可能混淆重叠，首先必须明确定义灭菌是目的在于去除、灭活或杀死所有微生物的措施，即获得无菌的措施。无菌是绝对概念。
消毒是目的在于根据目的去除、灭活或杀死某些特定种群微生物到适当程度的措施。消毒是相对概念。在图6中，曲线a就杀菌效果示出了理想化的一系列情况，曲线b示出了实际的一系列情况。
就食物或饲料技术而论，对病原菌的杀菌效果为95％～98％。
为了几个目的而在食品工业中采用了消毒措施，在图4中示出了几个实例，其中曲线1示出了当在50℃～60℃下进行细菌、霉菌和病毒的消毒2分钟～3分钟时的一系列情况；曲线2示出了当在76℃下于各种食物加工设备中进行1分钟～3分钟消毒时的一系列情况；曲线3示出了当在82℃下在屠宰场中进行1分钟～2分钟消毒时的一系列情况；曲线4示出了当在85℃下对果汁(软饮料)进行11秒钟防腐处理时的一系列情况；
曲线5示出了当在62℃下对伤寒沙门氏菌进行30分钟的巴氏消毒时的一系列情况；曲线6示出了在100℃下对医生器械消毒(杀灭病原菌)10分钟的一系列情况；曲线7示出了在100℃下进行10分钟～30分钟的诊所高压蒸汽消毒的一系列情况；曲线a示出了在100℃下消毒30秒～60秒的本发明试验3的一系列情况。
杀菌效果取决于处理时间和温度，包括处理温度和时间这两个变量的组合的最初试验决定了试验的最终参数。在食品加工业中众所周知的是，快速加热和冷却与温度缓慢变化相比将使消毒更加有效，这就是为什么在各类加工设备中选择消毒温度极大变化的原因。
如图5所示，细菌数量理想地随所用处理时间按指数减少。如箭头1所示，灭菌时间是根据杀菌剂计量的增大而缩短的。如箭头2所示，灭菌时间在微生物量减少的情况下缩短，如箭头3所示，某些细菌比其它细菌更不易杀死，因此延长所需的蒸汽处理时间。
试验2的配置方案再次被用于试验3，考虑到最初的物品表面消毒/灭菌的目的，采用直径为8cm～11cm、厚为2cm的椭圆形猪肉切块地进行试验，这导致了所有蒸汽处理侧面的总表面为1.3dm2。用刮铲使十一块猪肉感染上仙影拳属细菌，这类细菌被认为具有与伤寒菌相同的耐温性能。
设置水蒸汽发生器11a以便距离0.5dm地将蒸汽喷射到直径为1.5dm的表面上，调节蒸汽发生器以产生5克/分钟的蒸汽量，这在计算出热损失高于50％时理论上等于表面在100℃下蒸汽处理60秒钟。在蒸汽发生器的负极与待处理的接地物品之间的压降为80kV的情况下建立强电势场。
在如此设置的情况下，上述猪肉切块被传送带送入处理区并被定中、停住，在接受过60秒的水蒸汽处理后，以0.5cm/s的速度被送出电场。与此同时，在处理过程中，获得了证明温度为97℃～102℃的红外线辐射温度读数。(如图4的曲线所示)在如此处理后，试验的下一步是确定杀菌作用的程度。
考虑到有许多杀菌效果的分析方法，实验室配有一台放大率为800倍的显微镜，它装有一台摄像机和14英寸监视器，从而可以24小时地观测细菌的生命迹象。这些生命迹象由细菌分裂或繁殖的能力决定。以直径约为10mm的比例即放大2000倍地示出细菌的图象(图3)。
在处理之后，用纯净水润湿5cm2的面积，然后用吸管收集水并加入无菌培养基(肉汤)，随后将混合物存放入口径为0.02mm的吸管中。密封吸管端部并放置在显微镜下。捕捉到液体并可以在视野中看到如此截聚的细菌，它含有10个～90个细菌。计数确保了可以确定繁殖情况(如果有的话)。
24小时地进行计数，随后证明细菌没有繁殖或分裂，因此消毒是100％的有效。就概念而论，灭菌是绝对概念，科学证据要求有很多只可以在实践中获得的数字统计材料，这是因为科学上定义的消毒是在121℃下在过热水蒸汽中待10分钟～30分钟获得的，其中蒸汽具有理想剂量(120℃的水蒸汽将在1.99巴下获得并在130℃下于2.70巴下获得)。
此试验系列是以10次连续试验结束的。头五次试验是在温度和蒸汽处理时间分别保持为97℃～102℃和60秒的情况下进行的，细菌数目平均为67个，这些细菌在上述的24小时、37℃的情况下没有显示出生命迹象，后五次试验是在相同温度下进行30秒的蒸汽处理，结果细菌平均数为73个。这些细菌在随后的24小时、37℃的情况下没有显示出生命迹象。图3示出了细菌控制区的截面。
利用一块不受蒸汽处理的肉检测试验可靠性。在经过了一段等于上述试验所需的平均时间的时间后，从上述表面细菌中用吸管取样，24小时以后的细菌数目表示出细菌数目成许多倍地增长，这一事实证明了在所用培养基中存在着细菌成长环境。
在上述试验结果的基础上，在图4中示出了杀菌效果。在相似条件下但在更短的处理时间内进行的系列试验表明，热处理间隔或时间的缩短意味着细菌可能繁殖。在系列试验中，细菌初始生长的显露将取决于许多复杂参数。对于本发明来说，重要的是确定当采用某个短暂的热处理时间或间隔时可证明细菌继续生存，而且如果采用了适当的和确定的热处理时间段，则人们可以获得其效果渐近100％的杀菌率。
根据本发明，采用更少的水(液)蒸汽并由此需要比其它依靠加热的消毒方法更少的消毒或灭菌能量，这是因为热能损失被极大地减少了，从而绝大部分的所用蒸汽用于在待处理物品的表面上形成热作用，这些蒸汽被传给很薄的表面层而不会传给周围的空气或设备。在具体描述的实施例中，本发明将通过为本发明目的而建立的静电场使附近的工作场所没有废蒸汽。
在此所示的配置方案、设备或实施例仅起到了一个实施本发明方法的例子的作用。
权利要求
1.一种用于象肉和蔬菜制品或农产品的食物、饲料或食物及饲料加工机械和设备的消毒或灭菌的方法，其特征在于，使一个待消毒/灭菌的物品(18)电接地并在某个时间段内且在高于50℃的温度下接受水蒸汽或其它液体的蒸汽的处理，通过采用一个带正电极或负电极的静电势场供应所述蒸汽，该电极通过静电高压相对接地的物品(18)形成了一个高强度的静电势场。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述电势场是在超过1kV的高电压下建立的。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，蒸汽可能是由蒸发水、液体、混合液或含有溶解气体或气态物质的液体构成的。
4.如权利要求1和3所述的方法，其特征在于，所用的蒸汽是低于水/液体的沸点、在沸点温度或高于沸点(过热蒸汽)地产生的，以便获得理想的温度水平或理想的热效应。
5.如权利要求1和2所述的方法，其特征在于，所用电场的电势为1kV～200kV。
6.如权利要求1和3所述的方法，其特征在于，所用液体是有机液或混合液，如含有酒精、酸或如果需要的话含有溶解气体或有机成分的混合液体。
7.如权利要求1和3所述的方法，其特征在于，液体是混合液的无机液，如双氧水，如果需要的话含有溶解气体或有机成分。
8.一种用于实施权利要求1所述方法的工程设备，其特征在于，所述设备包括一个带有传送装置的橱室(21)，所述传送装置电接地并可以以所需速度使待消毒/灭菌物品穿过橱室，所述设备还包括一个与橱室相连以便喷射蒸汽的汽射器(12a)，将通过理想的正或负应力电场并按照理想的喷射形式将所述蒸汽传给一个在橱室(21)内的区域，由此可以在特定时间段内将蒸汽喷射到物品(18)的表面上，其中在物品的移动方向上与橱室相邻地且优选地在接受蒸汽喷射处理之后地装有另一个通风机构或通风装置(37)。
9.如权利要求8所述的设备，其特征在于，汽射器(12a)被设计成配有喷嘴、具有几何形状的管口或喷流调节流径或横截面。
10.如权利要求1所述的设备，其特征在于，汽射器(12a)配有一个或几个与高静电电势源(14)相连的电极。
全文摘要
使一件待消毒/灭菌的物品(18)电接地并在高于50℃的温度下接受水蒸汽或其它液体的蒸汽的喷射。在由正或负电极产生的静电场的作用下向物品(18)喷射蒸汽,所述电极通过采用高静电电势而形成了一个相对电接地物品(18)成型的电场。物品(18)在很短的时间内接受消毒/灭菌处理,结果能耗最少。
文档编号A23L3/16GK1241915SQ96180567
公开日2000年1月19日 申请日期1996年12月3日 优先权日1996年12月3日
发明者U·路泊, 图勒·巴尔瑟·卡恩费尔特 申请人:U·路泊, 图勒·巴尔瑟·卡恩费尔特